KR101282681B1 - 자동차 연료계의 내식성 평가 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연료계 부품의 내식성 평가를 위하여, 실차 조건으로 연료 순환계를 구성하고, 이 연료 순환계에서 발생하는 부식 가스로 인한 연료계의 압력증가를 이용하여 부식 발생 시점을 검출하고 부식여부를 결정할 수 있는 내식성 평가 시스템에 관한 것으로서, 이를 위하여 본 발명은 자동차 연료계 부품의 부식 여부를 판단하여 내식수명을 평가하는 내식성 평가 시스템에 있어서,

일정압력으로 연료를 내보내는 연료펌프가 장착된 연료탱크; 상기 연료펌프와 연결되어 단방향으로의 압력을 유지하는 원웨이 밸브; 상기 원웨이 밸브와 딜리버리 파이프 사이에 설치되어 압력을 측정하는 압력계; 상기 딜리버리 파이프와 연료탱크 사이에 연결되어 연료를 분사하는 인젝터; 상기 인젝터에 연결되어 개폐를 제어하는 신호 발생기;를 포함하여 구성되고, 순환되는 연료에 의해 상기 딜리버리 파이프에 부식이 진행되어 상기 원웨이 밸브와 딜리버리 파이프 사이 구간의 압력이 상승되면, 상기 압력계를 이용한 압력체크로 부식 발생을 검출하여 부식 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 자동차 연료계의 내식성 평가 시스템을 제공한다.

연료, 에탄올, 혼합유, 연료펌프, 원웨이 밸브, 인젝터

Description

자동차 연료계의 내식성 평가 시스템{Testing system corrosion resistance of vehicle fuel system}

본 발명은 자동차 연료계의 내식성 평가 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연료계 부품의 내식성 평가를 위하여, 실차 조건으로 연료 순환계를 구성하고, 이 연료 순환계에서 발생하는 부식 가스로 인한 연료계의 압력증가를 이용하여 부식 발생 시점을 검출하고 부식여부를 결정할 수 있는 내식성 평가 시스템에 관한 것이다.

최근 에탄올 연료의 사용지역이 점차 확대되고 이에 대응하는 소재개발의 필요성이 증대되어, 에탄올 혼합연료를 이용한 자동차 연료계의 내식성 평가가 광범위하게 진행되고 있다.

기존 자동차 연료계의 내식성 평가 시스템은 가솔린 엔진의 경우 연료펌프에서 3~4bar 정도의 압력으로 인젝터까지 보내지고 이 압력은 상시 유지된다.

이때, 이 시스템에서 부식이 진행되면 고체에서 기체로의 상변태로 인해 연 료펌프와 인젝터 사이에서 압력증가가 발생하게 된다.

그러나, 연료펌프는 기준압 이상의 압력이 형성되면 연료를 리턴시키기 때문에 부식이 발생하여도 전체적으로 압력의 변화를 검출하기 어려운 문제가 있다.

첨부한 도 1은 종래 자동차 연료계의 내식성 평가 시스템을 도시한 구성도로서, 연료펌프에 가압된 연료가 딜리버리 파이프를 지나 압력 레귤에이터(regulator)까지 동일압력으로 유지하고, 유량계를 통하여 연료의 흐름을 평가한다.

통상 연료탱크(1)에 설치되는 연료펌프(2)는 일정한 유압(3.5bar)으로 연료를 내보내지만, 딜리버리 파이프(3)에서 부식이 발생하여 연료계 내의 압력이 상승할 경우, 상기 연료펌프(2)가 일정 목표압에 도달하고 남은 연료를 내부의 우회로를 통해 연료탱크(1)로 다시 바이패스 시킴으로 인해 증가된 압력을 유지할 수 없게 되는 것이다.

결국 부품이 부식되면서 발생하는 부식가스로 인해 압력이 상승하여도 종래 자동차 연료계의 내식성 평가 시스템은 정압을 유지하여 외부에서 부식 진행을 알 수 없는 문제가 있는 것이다.

따라서, 종래 내식성 평가 시스템을 이용하여 실험을 진행하면 부식 발생으로 인한 압력감지가 불가능하여 부식 발생시점을 파악하기 어렵고, 단지 일정시간 동안 연료를 순환시킨 다음 시스템 전체의 분해작업을 통해 표면의 부식 흔적을 통하여 부식 여부가 판가름 된다.

또한, 도 1에서 연료는 상기 압력 레귤레이터(4)에 의해 일정한 유속으로 배 출되며, 이는 실차에서 인젝터(5)가 열릴 때 발생하는 맥동 현상이 만들어질 수 없어 실차 조건을 만족시키지 못하는 문제도 있다.

즉, 맥동이 발생하지 않으면 실차와 같은 딜리버리 파이프 내부의 침식 현상이 나타나지 않게 되어 실차의 재현 조건을 만족시키지 못하는 것이다.

이와 같이 종래에는 자동차 연료계과 유사한 환경에서의 평가가 아닌 단순한 고온 침적 상태에서의 평가가 이루어짐으로 인해 실차에서의 내식성과 많은 차이를 보이는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 자동차 연료계 부품의 부식진행시 발생하는 부식가스로 인한 압력증가를 체크하여 평가하고자 하는 부품의 내식수명을 정확하게 측정할 수 있는 자동차 연료계의 내식성 평가 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 자동차 연료계 부품의 부식 여부를 판단하여 내식수명을 평가하는 내식성 평가 시스템에 있어서,

일정압력으로 연료를 내보내는 연료펌프가 장착된 연료탱크; 상기 연료펌프와 연결되어 단방향으로의 압력을 유지하는 원웨이 밸브; 상기 원웨이 밸브와 딜리 버리 파이프 사이에 설치되어 압력을 측정하는 압력계; 상기 딜리버리 파이프와 연료탱크 사이에 연결되어 연료를 분사하는 인젝터; 상기 인젝터에 연결되어 개폐를 제어하는 신호 발생기;를 포함하여 구성되고, 순환되는 연료에 의해 상기 딜리버리 파이프에 부식이 진행되어 상기 원웨이 밸브와 딜리버리 파이프 사이 구간의 압력이 상승되면, 상기 압력계를 이용한 압력체크로 부식 발생을 검출하여 부식 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 자동차 연료계의 내식성 평가 시스템을 제공한다.

그리고, 상기 신호 발생기는 실차와 동일한 주기로 상기 인젝터를 개폐시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 인젝터가 상기 연료펌프의 일정압력보다 높은 고압상태에서 개폐됨으로 인해 상기 딜리버리 파이프 내부에 맥동이 발생되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자동차 연료계의 내식성 평가 시스템은 연료펌프와 인젝터 구간 사이에 원웨이 밸브를 장착하여 부식으로 인한 압력상승을 유지하도록 구성되어 고압 발생이 가능하게 된다.

이로 인한 고압 측정을 통해 부식 발생을 감지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 혼합유를 이용한 자동차 연료계의 내식성 평가를 통해 실제 차량의 정확한 내구수명 평가가 가능해지며, 이러한 실험 데이터를 통하여 소재별, 공법별 내식수명 예측과 향후 혼합유에 대한 내식성이 향상된 소재 개발을 위한 자료로 이용 가능한 효과가 있다.

본 발명의 실시 예로는 다수 개가 존재할 수 있으며, 이하에서는 바람직한 일실시 예에 대하여 상세히 설명하고자 한다.

또한, 설명에 사용되는 도면에 있어서, 종래의 기술과 동일한 부분에 대하여 중복되는 설명은 생략되는 것도 있다.

첨부한 도 2는 본 발명에 따라 바람직하게 구현된 자동차 연료계의 내식성 평가 시스템을 도시한 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 자동차 연료계의 내식성 평가 시스템 내의 연료흐름과 부식 발생에 의한 구간별 압력변화를 나타낸 상태도이다.

본 발명에 따라 바람직하게 구현된 자동차 연료계의 내식성 평가 시스템은 실차 조건으로 구현되는 시스템으로서, 연료 순환계의 연료에 대한 내식성을 평가하기 위하여, 연료탱크 내부에 장착된 연료펌프와 딜리버리 파이프(delivery pipe)(14), 인젝터(15) 등으로 구성되는 자동차의 연료 순환계에 원웨이 밸브(12)와 압력계(13) 및 신호 발생기(16)를 설치한다.

이는 상기 딜리버리 파이프(14)에서 인젝터(15)로 연료배출이 이루어지도록 구성되고, 딜리버리 파이프(14)의 부식 현상이 실차와 동일하게 재현되도록 한다.

즉, 본 발명은 도 2에 도시된 바와 같이 실차의 연료 순환계와 동일하게 작동하도록 재현되어, 부식이 진행되는 시점을 검출할 수 있게 연료펌프(11)와 딜리버리 파이프(14) 사이에 원웨이 밸브(12)와 압력계(13)를 설치하고, 인젝터(15)의 개폐를 제어하기 위하여 신호 발생기(16)가 상기 인젝터(15)에 연결설치된다.

상기 원웨이 밸브(12)는 단방향으로의 압력을 유지하는 기능이 있어서, 원웨이 밸브(12)와 인젝터(15) 사이 구간의 압력을 연료펌프(11)가 발생시키는 압력(약 3.5bar)보다 높은 고압으로 유지할 수 있고, 압력계(13)를 이용한 압력체크로 부식 여부를 판단할 수 있게 된다.

그리고, 상기 인젝터(15)는 딜리버리 파이프(14)에서 부식이 발생하여 연료계 내의 압력이 올라가도 상기 신호 발생기(16)의 신호에 따라 개폐를 반복하여 연료를 분사함으로써, 상기 딜리버리 파이프(14) 내의 연료흐름 양상이 실차와 같이 재현되고, 고압에서의 인젝터(15) 개폐가 이루어져 반대편으로의 맥동이 발생하게 된다.

이러한 맥동으로 인해 딜리버리 파이프(14) 내에 실차와 동일하게 침식현상이 발생하게 되어, 자동차 연료계의 내식성을 평가할 수 있게 된다.

이때, 상기 신호 발생기(16)는 상기 인젝터(15)를 실차와 같은 주기로 개폐시키게 된다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 일실시 예의 작동상태를 아래 표 1을 참고하여 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 4는 본 발명의 평가 시스템을 이용한 실험시 부식발생에 의한 혼합유/가솔린의 시간에 따른 압력변화를 나타낸 그래프로서, 이때 실험에 이용된 연료의 조건은 상기 표 1에 나타낸 바와 같다.

상기 연료펌프(11)를 통해 공급된 연료는 상기 원웨이 밸브(12)와 압력계(13) 및 딜리버리 파이프(14)를 통해 인젝터(15)까지 보내지게 된다.

상기 연료펌프(11)에 의해 공급된 연료는 원웨이 밸브(12)와 압력계(13), 딜리버리 파이프(14)까지 동일압력(약 3.5bar)으로 유지되고, 상기 인젝터(15)가 연료를 분사하면 분사된 연료가 일정 압력(1.0bar)으로 흘러 연료탱크(10)로 모이게 된다.

일정시간이 경과되어 상기 딜리버리 파이프(14)에서 부식이 진행되기 시작하면 원웨이 밸브(12)에서 딜리버리 파이프(14)까지 고압상태(약 3.5bar 이상)가 된다.

그럼, 상기 인젝터(15)는 신호 발생기(16)의 신호에 따라 고압에서의 개폐를 반복하여 연료를 분사하고, 분사된 연료는 일정 압력(1.0bar)으로 흘러 연료탱크(10)로 모이게 된다.

이에 따라 딜리버리 파이프(14) 내부에서 맥동이 발생하게 되고, 상기 딜리버리 파이프(14) 내면에는 실차와 같은 침식이 발생하게 된다.

혼합유에 의한 연료계 부품의 부식은 결국 고체에서 기체로의 상변태 과정이므로, 딜리버리 파이프(14)의 내면에 부식이 발생하게 되면 수십 배의 압력증가로 나타나게 되고, 실험자는 압력계(13)를 이용한 압력체크로 부식 여부를 판단하여 내구수명을 측정할 수 있다.

본 실험에서 부식 발생시점은 첨부한 도 4에서 확인할 수 있듯이, 실험적으로 0.6MPa에 도달하는 시점이 된다.

본 발명에 따른 자동차 연료계의 내식성 평가 시스템을 이용하여 에탄올 혼합유 상에서 사용중인 알루미늄 재질의 딜리버리 파이프 등의 내식수명을 평가하여 실차의 수명과 비교할 수 있으며, 신소재 개발품들의 내식수명 평가에도 이용 가능하다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시 예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시 예들을 모두 포함한다.

도 1은 종래 자동차 연료계의 내식성 평가 시스템을 도시한 구성도,

도 2는 본 발명에 따라 바람직하게 구현된 자동차 연료계의 내식성 평가 시스템을 도시한 구성도,

도 3은 본 발명에 따른 자동차 연료계의 내식성 평가 시스템 내의 연료흐름과 부식 발생에 의한 구간별 압력변화를 나타낸 상태도,

도 4는 본 발명에 따른 내식성 평가 실험에 따른 부식발생에 의한 혼합유/가솔린의 시간에 따른 압력변화를 나타낸 그래프.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 연료탱크 11 : 연료펌프

12 : 원웨이 밸브 13 : 압력계

14 : 딜리버리 파이프 15 : 인젝터

16 : 신호 발생기

Claims (3)

1. 자동차 연료계 부품의 부식 여부를 판단하여 내식수명을 평가하는 내식성 평가 시스템에 있어서,

   일정압력으로 연료를 내보내는 연료펌프가 장착된 연료탱크;

   상기 연료펌프와 연결되어 단방향으로의 압력을 유지하는 원웨이 밸브;

   상기 원웨이 밸브와 딜리버리 파이프 사이에 설치되어 압력을 측정하는 압력계;

   상기 딜리버리 파이프와 연료탱크 사이에 연결되어 연료를 분사하는 인젝터;

   상기 인젝터에 연결되어 개폐를 제어하는 신호 발생기;

   를 포함하여 구성되고, 순환되는 연료에 의해 상기 딜리버리 파이프에 부식이 진행되어 상기 원웨이 밸브와 딜리버리 파이프 사이 구간의 압력이 상승되면, 상기 압력계를 이용한 압력체크로 부식 발생을 검출하여 부식 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 자동차 연료계의 내식성 평가 시스템.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 인젝터는 신호 발생기의 신호에 따라 개폐를 반복하여 연료를 분사함으로써, 상기 딜리버리 파이프 내의 연료흐름 양상이 실차와 같이 재현될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 자동차 연료계의 내식성 평가 시스템.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 인젝터가 상기 연료펌프의 일정압력보다 높은 고압상태에서 개폐됨으로 인해 상기 딜리버리 파이프 내부에 맥동이 발생되는 것을 특징으로 하는 자동차 연료계의 내식성 평가 시스템.

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